內(nèi)蒙古某選廠鐵精礦脫鋅試驗研究

王麗明 劉 濤 白春霞 關(guān) 迪 李宏靜

（包鋼集團礦山研究院）

內(nèi)蒙古東部某多金屬礦是內(nèi)蒙古自治區(qū)最重要的多金屬礦山之一，該礦擁有1個綜合回收選廠，主要用于回收鐵、鋅、錫和鎢等資源。目前，該選廠生產(chǎn)出的鐵精礦全鐵品位很高，但其中的鋅含量約為0.20%，無法直接作為入爐原料使用。這是由于鋅的還原溫度和液態(tài)鋅的沸點均較低，在高爐煉鐵過程中幾乎不能被渣鐵吸收，從而對高爐爐況產(chǎn)生不利影響［1］。

鋅含量偏高對高爐的影響主要體現(xiàn)在：①影響高爐使用壽命，爐內(nèi)富集的鋅蒸汽可滲入爐墻內(nèi)與爐襯結(jié)合，形成低熔點化合物而軟化爐襯，加快爐襯的腐蝕速度［2］；②影響高爐穩(wěn)定生產(chǎn)，當鋅的富集加劇時，爐內(nèi)黏結(jié)嚴重，頻繁產(chǎn)生懸料現(xiàn)象，嚴重時導致高爐停產(chǎn)［3］。

對于鋅含量超標的鐵精礦，一種利用方式是通過選礦提鐵降鋅，將其中的鋅含量降至0.1%以下，成為符合鐵精礦質(zhì)量標準要求的主流鐵精礦銷售；另一種利用方式是與鋅含量低的高品質(zhì)鐵精礦進行配礦使用［4］。當作為配礦使用時，鋅含量高的鐵精礦的消納量將嚴重受限。因此，通過選礦工藝進行提鐵降鋅，使其轉(zhuǎn)化為雜質(zhì)含量符合鐵精礦質(zhì)量標準要求的鐵精礦產(chǎn)品是處理該類鐵精礦的首選方法。

該選廠生產(chǎn)的鐵精礦與具有相同全鐵品位但鋅含量在0.10%以下的鐵精礦比較，其銷售價格低約100元/t，嚴重影響該廠鐵精礦的經(jīng)營利潤。因此，為有效降低鐵精礦產(chǎn)品中的鋅含量，提高產(chǎn)品銷售價格，以該選廠生產(chǎn)出的鐵精礦為試驗原料，開展了詳細的化學元素分析和工藝礦物學研究，以此為基礎(chǔ)開展鐵精礦降鋅工藝試驗研究。

1 原礦性質(zhì)

試樣為內(nèi)蒙東部某多金屬礦山鐵精礦，其化學成分分析結(jié)果見表1。對原礦進行篩分分析，化驗各粒級全鐵和鋅元素含量并計算其在各粒級的分布率，結(jié)果見表2。

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由表1可知，原礦中全鐵含量65.70%、磁性鐵含量65.20%，氧化鈣含量2.26%，鋅含量0.20%。

由表2可知，原礦中+0.045 mm和-0.025 mm粒級產(chǎn)率較高，占比近90%，鋅元素在這2個粒級中的分布率也超過了75%；在所有粒級鐵和鋅的分布率基本同步，說明鐵和鋅的相關(guān)度較高。

對原礦采用顯微鏡進行初步觀察分析，結(jié)果表明，原礦主要由磁鐵礦和輝石、石榴石、石英、螢石、碳酸鹽等脈石礦物組成。其中磁鐵礦占79.7%，脈石礦物占20.3%。磁鐵礦粒度懸殊，最大粒徑200μm，最小粒徑5μm以下，50～75μm居多。較大的磁鐵礦顆粒棱角分明，5μm以下的微粒多呈長條狀（圖1a）。鐵精礦中的鋅礦物有閃鋅礦、鋅尖晶石和日光榴石，數(shù)量較少。原礦中獨立鋅礦物的數(shù)量較少，還含有極少量鋅尖晶石，主要以包裹體形式存在（圖1b），其中微細粒鋅尖晶石包裹體大部分嵌布粒度為10～50 μm，也有部分為1～10μm。顯然，磁鐵礦中微細粒的鋅尖晶石難以采取磨礦方式從磁鐵礦中完全解離出來，再通過機械選礦去除，要降低原礦中的鋅含量只能通過磨礦打開較粗粒級的鋅尖晶石包裹體，將鋅尖晶石充分暴露后再采用弱磁選工藝將其拋掉。

采用MLA測定原礦中磁鐵礦和主要雜質(zhì)礦物的粒度分布，結(jié)果見表3。

由表3可知，原礦中磁鐵礦的粒度相對較細，而雜質(zhì)礦物的粒度相對較粗，但鋅鐵尖晶石和錫石仍是以微細粒為主。

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采用MLA礦物自動定量檢測系統(tǒng)測定原礦礦物組成和含量，結(jié)果見表4。

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由表4可知，原礦中磁鐵礦含量為89.105%。雜質(zhì)礦物種類較復雜，主要有螢石、黑云母、鈣鐵榴石、符山石、綠泥石及硫砷礦物（包括磁黃鐵礦、毒砂、斜方砷鐵礦）等；原礦中鋅礦物的種類有閃鋅礦和鋅尖晶石，含量均較低，獨立鋅礦物的數(shù)量極少，不是引起鐵精礦含鋅高的主要因素。

2 原礦中的鋅礦物賦存狀態(tài)

原礦MLA檢測結(jié)果表明，鐵精礦中蘊含的鋅礦物主要有閃鋅礦和鋅尖晶石。閃鋅礦莫氏硬度為3～4.5，密度為3.9～4.2 g/cm3［5］。鏡頭下閃鋅礦顏色變化較大，從淺黃到棕紅、棕褐至黑色，金剛光澤至半金屬光澤，采用掃描電鏡能譜儀對原礦中的閃鋅礦進行微區(qū)化學成分檢測，結(jié)果見表5。

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由表5可知，該閃鋅礦中大部分含鐵較低，最低全鐵含量1.31%，平均鋅含量62.57%。閃鋅礦主要與硫化礦物和脈石的嵌布關(guān)系較密切，多見浸染嵌布于脈石中，常與毒砂伴生。礦樣中閃鋅礦主要與云母、毒砂連生，閃鋅礦掃描電鏡BSE圖見圖2。

原礦中鋅礦物除閃鋅礦外，還有鋅尖晶石。鋅尖晶石屬于尖晶石亞族，晶體結(jié)構(gòu)為正尖晶石型，晶體常呈八面體，少量菱形十二面體和立方體，晶體較完整，顏色為暗綠、灰綠和黑綠色。半透明，玻璃光澤，硬度7.5～8，密度4～4.6 g/cm3［6］。在鋅尖晶石晶體結(jié)構(gòu)中，鋅常被Fe2+、Mn2+、Mg2+類質(zhì)同象代替，鐵精礦中鋅尖晶石的化學成分見表6。

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由表6可知，鋅尖晶石中鋅被鐵、錳和鎂等代替，氧化鋅含量11.31%，折算成鋅含量為9.08%。

采用能譜儀隨機測定原礦中23顆磁鐵礦微區(qū)化學成分見表7。

由表7可知，一半以上的磁鐵礦中不含鋅尖晶石包裹體，鋅含量為0.00%～0.75%，平均鋅含量0.18%。

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采用掃描電鏡能譜儀對鐵精礦中的磁鐵礦進行特征X射線面掃描觀察，掃描照片見圖3。特征X射線面掃描照片顯示，在鐵精礦中磁鐵礦顆粒包含鋅尖晶石包裹體，這些包裹體部位具有富鋅、鋁而貧鐵的特征。

磁鐵礦屬于強磁性礦物，比磁化系數(shù)為9.2×l0-2cm3/g，而鋅尖晶石屬于尖晶石類礦物，磁性隨含鐵量增加磁性變大，比磁化系數(shù)為4.6×l0-5～2.0×l0-4cm3/g［4］。顯然，磁鐵礦與鋅尖晶石之間具有較大的磁性差，可通過調(diào)整合適的磁場強度采用弱磁選工藝對磁鐵礦與鋅尖晶石進行分選，在弱磁選工藝中已解離的鋅尖晶石不易進入鐵精礦，未解離的鋅尖晶石應磨礦以使其達到單體解離，然后再通過弱磁選使磁鐵礦與鋅尖晶石分離。

3 磨礦—磁選試驗

原礦通過選取不同的磨礦細度進行不同磁場強度條件下的弱磁選試驗，磨礦—弱磁選工藝流程見圖4。

3.1 磨礦—磁選試驗

取300 g原礦，采用武漢洛克粉磨設(shè)備制造有限公司生產(chǎn)的RK/ZQM-160×60型智能球磨機進行磨礦粒度試驗，磨礦粒度與時間關(guān)系曲線見圖5。

3.2 磁選試驗

將原礦磨至不同細度，采用磁選管進行弱磁選試驗。首先，將原礦磨至-0.074 mm71.84%，采用不同磁場強度進行弱磁選試驗，結(jié)果見表8。

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由表8可知，隨著磁場強度的增加，弱磁選精礦產(chǎn)率升高，精礦中全鐵品位降低，全鐵回收率升高，但鋅在精礦中的品位和回收率未有明顯變化；在該細度條件下，無論磁場強度如何變化，均不能將原礦中的鋅有效降低。

將原礦磨至-0.074 mm82.01%，采用不同磁場強度進行弱磁選試驗，試驗結(jié)果見表9。

由表9可知，隨磁場強度的增加，弱磁選精礦產(chǎn)率升高，精礦全鐵品位降低，全鐵回收率升高；鋅在磁選精礦中的品位及回收率均降低，說明隨著磨礦粒度變細，原礦中的鋅雜質(zhì)逐漸暴露，此時采用弱磁選即可降低原礦中的鋅含量，但此時弱磁選精礦中的鋅含量仍較高，需要繼續(xù)磨礦進行弱磁選試驗。

將原礦磨至-0.074 mm92.71%，采用不同磁場強度進行弱磁選試驗，試驗結(jié)果見表10。

由表10可知，將原礦磨至-0.074 mm92.71%時，隨磁場強度的增加，弱磁選精礦產(chǎn)率升高，全鐵品位降低，全鐵回收率升高；鋅在磁選精礦中的品位下降，鋅回收率降低；在磁場強度143.28 kA/m時，弱磁選精礦中的鋅含量降至0.08%，再升高磁場強度精礦中的全鐵和鋅指標基本不變；因此選擇最佳磨礦—弱磁選試驗條件為磨礦細度-0.074 mm92.71%，磁場強度143.28 kA/m。

4 結(jié)語

（1）內(nèi)蒙古某原礦中全鐵含量65.70%、鋅含量0.20%，通過篩分分析及顯微鏡下分析可知，原礦中獨立鋅礦物的數(shù)量較少，包含有極少量鋅尖晶石，主要以包裹體形式存在。原礦MLA檢測結(jié)果表明，原礦中蘊含的鋅礦物主要由閃鋅礦和鋅尖晶石組成，其中閃鋅礦主要與云母、毒砂連生，鋅尖晶石大多在磁鐵礦顆粒內(nèi)以包裹體形式存在，需通過磨礦使包裹體內(nèi)的鋅尖晶石暴露，再通過弱磁選除去。

（2）將原礦磨至-0.074 mm92.71%，在磁場強度143.28 kA/m的條件下進行弱磁選別，得到的弱磁選精礦全鐵品位為68.10%，全鐵回收率98.99%，弱磁選精礦含鋅0.08%。與原礦比較，全鐵品位提高了2.4個百分點，同時鋅含量降低了0.12個百分點，有效提高了鐵精礦質(zhì)量，可以不用配礦直接用作球團原料入爐冶煉，相應的產(chǎn)品價格也可得到大幅提高，經(jīng)濟效益顯著。